基于多角度高光谱反射信息反演沙地表面特性研究.pdf

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1、；,'f酬，二§•「rl1#_l滅酬瞧Titt.-.th_#'H:.._级学:_:r_、：师_学校代码：10200研究生学号：10200200810305分类号：P28P208密级：无博士学位论文基于多角度高光谱反射信息反演沙地表面特性研究TheStudyofInversionofthePropertiesofSandyLandBasingontheMultiple-angleandHyperspectralReflectance作者：赵子傑指导教师：赵云升教授一级学科：地理学二级学科：地图学与地理信息

2、系统研究方向：定量遥感与偏振光遥感东北师范大学学位评定委员会2015年2月独创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得的成果。据我所知，除了特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果。对本人的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：令j译~~曰期:学位论文使用授权书本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，g卩：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送

3、交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编本学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名指导教师签名：毛^少日期.界乙议曰期：学位论文作者毕业后去向:电邮is:工作单位：通讯地址：#摘要沙地系统由于具备较高的生产力、繁杂的生物多样性以及数量可观的生物量，在干旱或者半干旱地区的研究中具有重要的生态学意义。由于人类不合理活动的逐渐加剧，沙漠化引起的生态系统功能退化，

4、反而导致了沙地对环境的负面影响，这种影响却正在逐渐攀升。因此，动态地监测沙地表面的变化与大气之间能量交换，对于科学评价其生态恢复过程以及整个地气系统的辐射平衡都具有重要意义。遥感技术以其动态、实时、大范围监测的独特优势，为全球沙地空间分布以及沙地表面的物理特征监测提供了保证。遥感技术应用在沙地监测上的主要依据是沙地表面与电磁波之间的辐射响应特征，并且通过传感器获取这些信息，经过处理、分析确定沙地表面特性，最后应用到解决沙地系统存在的问题当中。在被动遥感中，太阳辐射是主要的能量来源，沙地表面自身特性的变化

5、(例如粒径大小、含水量、纹理结构)会改变其在可见光近红外波段的反射信息，从而为遥感技术判别沙地特征提供依据。尤其是高光谱遥感技术与多角度探测技术的出现，使研究者们相信可以更加准确的反演沙地表面自身特性以及沙地表面的反照率。同时也意味着需要详细地了解沙地表面的光谱反射特性与反射分布特性才能更好地使用多角度高光谱信息来监测、反演沙地表面特性。本研究的重点围绕三个方面进行。首先分析基于辐射传输理论基础上提出的描述沙地表面双向反射分布特性的模型，讨论沙地表面反射模型的有效性，并且根据实测数据研究这些模型是否适合

6、用来计算沙地表面的双向反射特性；其次基于实测数据对比不同模型得到的参数是否可以描述沙地表面的粒径大小、含水量以及纹理结构；在研究粒径大小与反射信息关系过程中，本论文借鉴半变异函数来表示粒径大小变化形成的空间特征，确定了粒径大小与各向异性测量系数之间的关系；其中也包括研究粒径大小对偏振信息的影响；最后，基于野外实验测量的沙地表面多角度高光谱反射信息，不仅对现有的经验方法进行验证和改进，同时利用已经得到的参数和模型来反演沙含水量以及表面纹理结构。通过研究结果表明，基于实验室与野外实际测量的不同沙地表面特征对

7、应的反射光谱值结合模型参数可以直接用于沙地粒径大小、沙地含水量以及沙地表面纹理结构的反演在反演粒径大小方面，通过半变异函数可以表示粒径大小变化形成的空间特I征，这种方法是利用各项异性特征测量系数与粒径建立关系，该系数是通过比值得到的，因此，可以消除环境对反射光谱信息的影响，在将来可以成为一种更为有效的方法来反演沙地表面粒径大小。基于辐射传输理论的反射模型也可以将沙地表面的粒径大小表示出来，但是一些模型由于过多的自由参数，导致其描绘的很多传输过程不具有明确的物理意义，因而在本质上属于半经验的理论模型。通过

8、计算值与实际测量值对比发现，这些双向反射模型仍然可以用来表示沙地表面的双向反射分布特征与沙地粒径大小，不过在前向散射方向、后向散射方向误差较大。在研究粒径大小对反射信息的影响过程中，本研究考虑了偏振信息与粒径大小之间的关系，并且试图将反射信息与偏振信息结合起来说明粒径大小对沙地表面反射特性的影响。通过研究结果发现，偏振信息的考虑不仅可以完整的描述电磁波与沙地表面的辐射响应特征，而且有助于对确定沙地表面的粒径大小。在反演沙地表面含水量方面，可